BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU VỀ Ô TÔ ĐIỆN

SVTH :

TRẦN CAO MINH

MSSV :

13145161

SVTH :

LA NHẬT TIÊN

MSSV :

14145285

GVHD :

ThS. ĐỖ QUỐC ẤM

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ơ tơ

Tên đề tài

TÌM HIỂU VỀ Ơ TƠ ĐIỆN

SVTH :

TRẦN CAO MINH

MSSV :

13145161

SVTH :

LA NHẬT TIÊN

MSSV :

14145285

GVHD:


ThS. ĐỖ QUỐC ẤM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
HỒ CHÍ MINH

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..… năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1...................................................... MSSV:.................................................
2. .....................................................MSSV: .................................................
Chuyên ngành: .............................................................. Mã ngành đào tạo: ..............................
Hệ đào tạo: ....................................................................Mã hệ đào tạo: .....................................
Khóa:.............................................................................Lớp: ......................................................
1. Tên đề tài
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
2. Nhiệm vụ đề tài
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
3. Sản phẩm của đề tài
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: ...................................................................................................
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: .................................................................................................
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: ....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Họ và tên Sinh viên: ......................................................MSSV: ................................................
......................................................MSSV: ...............................................
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.....................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): .......................................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .........................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày..........tháng...........năm 20 .............
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: ....................................................................................................................
....................................................................................................................
Họ và tên Sinh viên: ...................................................... MSSV: ...............................
...................................................... MSSV: ..............................
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (Cho phép bảo vệ hay không): ................................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ...................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm 20…

Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp
ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Với lịng biết ơn sâu sắc chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các quý thầy cô
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cơ Bộ mơn Động Cơ
thuộc khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng đã truyền đạt cho chúng em kiến thức đại cương và
chuyên ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ
chúng em trong suốt q trình học tập và tích lũy kiến thức chuyên ngành.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Đỗ Quốc Ấm, người thầy đã
hướng dẫn và định hướng đồ án này.
Do hiểu biết và thời gian vẫn còn hạn chế, trong đồ án này nhóm em khơng thể tránh khỏi
những sai sót. Nhóm rất mong được q thầy, cơ góp ý để chúng em điều chỉnh và hoàn thiện
đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!


TP.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018
Nhóm thực hiện đề tài

6


LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ đã trở thành phương tiện quan trọng khơng thể thiếu trong cuộc sống ngày nay. Ngồi
những cơng dụng như vận chuyển người và hàng hóa thì nó vẫn tồn tại một số nhược điểm cơ
bản như tiêu hao nhiên liệu cao trong khi nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần và nhất là gây ô
nhiễm môi trường. Để khắc phục những nhược điểm trên đã có rất nhiều cải tiến trong động
cơ đốt trong như hệ thống phun nhiên liệu và đánh lửa bằng điện tử , cải tiến trong hệ thống
nạp và thải của động cơ. Hiện nay, các sản phẩm khoa học công nghệ dù đã được cải tiến và
đổi mới nhiều, song phần lớn vẫn sử dụng những công nghệ cũ, lạc hậu. Việc đổi mới công
nghệ so với mặt bằng chung vẫn còn chậm. Trong điều kiện nền kinh tế còn nhiều khó khăn,
việc đầu tư vào nghiên cứu và đổi mới công nghệ bị hạn chế khiến cho các sản phẩm khoa học
và công nghệ vẫn bị tụt hậu. Trong những năm gần đây, nền khoa học - kỹ thuật trên thế giới
đã phát triển vô cùng mạnh mẽ với nhiều thành tựu rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực đời sống
và xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ ô tô.
Động cơ đốt trong dần bị thay thế bởi động cơ điện và xe ô tô truyền thống được thay thế
bởi xe điện (electric vehicle), do tác động của tiến bộ khoa học và tiêu chuẩn khí thải nghiêm
ngặt tại nhiều quốc gia. Do vậy việc phát triển ô tô điện để bắt kịp sự thay đổi là vấn đề cần
thiết cho tương lai sau này. Chính vì lý do đó nhóm chúng em đã chọn đề tài “Ơ tơ điện –
Electric vehicle” nhằm hướng đến một tương lai của ơ tơ điện có hiệu suất, cơng suất cao và
thân thiện với môi trường.
Qua đồ án này, chúng em sẽ trình bày một số tính năng nổi bật cũng như cấu tạo, sự vận
hành của ô tô điện để từ đó có thể đóng góp phần nào cho việc nghiên cứu, phát triển và học
tập cho tương lai.
Phương pháp nghiên cứu trong đồ án này chủ yếu là: kế thừa và phân tích, tổng hợp, đánh

giá và đưa ra nhận xét.
Xuyên suốt đồ án nhóm em có tham khảo và sử dụng tài liệu của những những đề án nghiên
cứu khác của những chuyên gia dựa trên cơ sở kế thừa và phân tích.

7


TÓM TẮT
Trong bài nghiên cứu này, chúng em tập trung vào các vấn đề chính như sau:
 Tổng quan về ô tô điện.
 Tóm tắt sơ lược về lịch sử hình thành, những cơng trình nghiên cứu ơ tơ điện.
 Những ưu điểm nổi bật và khuyết điểm của ô tô điện.
 Tổng quan về cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của ơ tơ điện.
 Phân tích và so sánh với động cơ đốt trong thông thường.
 Thách thức và tiềm năng phát triển ứng dụng cho tương lai.
 Kết luận và đề nghị.

8


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................... 6
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................... 7
TÓM TẮT ................................................................................................................................. 8
MỤC LỤC ................................................................................................................................. 9
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................................ 12
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................................... 14
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................................... 17
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI............................................................................... 18
1.1 Lý do chọn đề tài ........................................................................................................... 18

1.2 Giới thiệu về ô tô điện................................................................................................... 18
1.2.1 Lịch sử về ô tô điện ............................................................................................... 19
1.2.2 Xu hướng phát triển ô tô điện trong tương lai ....................................................... 21
1.2.3 Các mẫu xe điện hiện nay ...................................................................................... 23
1.2.3.1 Tesla Model S P100D..................................................................................... 23
1.2.3.2 Chevrolet Bolt EV .......................................................................................... 24
1.2.3.3 Nissan Leaf ..................................................................................................... 25
1.2.4 Sự phát triển xe điện tại Việt Nam ........................................................................ 26
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CỦA XE Ô TÔ ĐIỆN ............ 27
2.1 Phân loại động cơ dẫn động .......................................................................................... 27
2.1.1 Dẫn động động cơ điện một chiều ......................................................................... 27
2.1.1.1 Tổng quan hệ thống ........................................................................................ 27
2.1.1.2 Động cơ điện một chiều ................................................................................. 28
2.1.1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều ....................................................... 29
2.1.1.2.2 Nguyên lí của động cơ điện một chiều ................................................... 32
2.1.1.2.3 Bộ chuyển mạch DC-DC ........................................................................ 33
2.1.1.2.4 Phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều ................................... 36
2.1.1.2.5 Phanh tái sinh .......................................................................................... 39
2.1.2 Dẫn động động cơ điện cảm ứng từ (động cơ không đồng bộ) ............................. 41
2.1.2.1 Tổng quan hệ thống ....................................................................................... 41
2.1.2.2 Động cơ điện cảm ứng ................................................................................... 42
2.1.2.2.1 Cấu tạo của đông cơ điện cảm ứng (IM) ................................................ 42
9


2.1.2.2.2 Nguyên lí của động cơ điện cảm ứng ..................................................... 44
2.1.2.2.3 Bộ biến tần cho động cơ điện cảm ứng ................................................... 45
2.1.2.2.4 Phương pháp điều khiển động cơ điện cảm ứng ..................................... 48
2.2 Tổng quan hệ dẫn động xe ô tơ điện ............................................................................. 51
2.2.1 Mơ hình một động cơ............................................................................................. 51

2.2.2 Mơ hình nhiều động cơ .......................................................................................... 52
2.2.3 So sánh ................................................................................................................... 53
2.3 Hệ thống pin xe ô tô điện .............................................................................................. 56
2.3.1 Cấu tạo cơ bản của pin ........................................................................................... 56
2.3.2 Giới thiệu về các loại pin ....................................................................................... 57
2.3.2.1 Pin axít-chì ..................................................................................................... 57
2.3.2.2 Pin niken hidrua kim loại NiMH .................................................................... 61
2.3.2.3 Pin Li-ion ........................................................................................................ 62
2.3.2.4 Pin Li-polymer ............................................................................................... 65
2.3.3 Dung lượng pin của xe ô tô điện............................................................................ 66
2.3.3.1 Dung lượng pin............................................................................................... 66
2.3.3.2 Dung lượng pin phụ thuộc vào nhiệt độ ......................................................... 67
2.4 Vấn đề sạc pin ở xe ô tô điện ........................................................................................ 68
2.4.1 Sạc một phần tử pin VRLA ................................................................................... 68
2.4.2 Sạc pin NiMH ........................................................................................................ 70
2.4.3 Sạc pin Li-ion ........................................................................................................ 70
2.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến q trình sạc ............................................................ 71
2.4.5 Cơng nghệ sạc pin .................................................................................................. 72
2.4.5.1 Trạm sạc ......................................................................................................... 72
2.4.5.2 Loại kết nối. .................................................................................................... 73
2.4.5.3 Phương pháp sạc pin. ..................................................................................... 74
2.4.5.4 An tồn điện. .................................................................................................. 74
2.5 Cơng nghệ sạc nhanh .................................................................................................... 75
2.5.1 Quá trình sạc nhanh pin điện. ................................................................................ 75
2.5.2 Các bộ phận cấu thành bộ sạc nhanh pin điện. ...................................................... 76
2.5.3 Sử dụng bộ cân bằng sạc nhanh. ............................................................................ 78
2.5.3.1 Hạn chế của “sạc nhanh”. ............................................................................... 78
10



2.5.3.2 Sạc nhanh và việc quá tải pin. ........................................................................ 79
2.5.3.3 Sạc nhanh và việc giảm dung lượng pin. ....................................................... 80
2.5.3.4 Sạc cảm ứng- công nghệ sạc tương lai. .......................................................... 81
2.6 Sự giải phóng năng lượng ở pin .................................................................................... 81
2.6.1 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến việc xả pin NiHM. .............................................. 81
2.6.2 Chấm dứt xả pin NiHM. ........................................................................................ 83
2.6.3 Biểu đồ xả pin Li-ion. ............................................................................................ 85
2.6.4 Nhận xét việc xả ở các loại pin chì-axit. ............................................................... 86
CHƯƠNG 3. SO SÁNH GIỮA XE Ô TÔ ĐIỆN VÀ XE Ô TÔ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG ................................................................................................................................... 87
3.1 Chi phí vận hành và bảo dưỡng .................................................................................... 87
3.2 Phạm vi di chuyển và thời gian sạc............................................................................... 87
3.3 Những tác động đến môi trường ................................................................................... 88
3.4 Hiệu năng ...................................................................................................................... 91
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................................... 95
4.1 Những kết luận về xe ô tô điện ..................................................................................... 95
4.2 Đề nghị .......................................................................................................................... 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 97

11


CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AC

Alternating Current – Dòng điện xoay chiều

AGM

Absorbent Glass Mat – Pin thủy tinh hấp thụ


BEV

Battery Electric Vehicle – Xe điện chạy bằng pin

CARB

California Air Resources Board

DC

Direct Current – Dòng điện một chiều

EV

Electric Vehicle – Xe điện

EMF

Electromotive Force – Lực điện động

ICE

Internal Combustion Engine – Động cơ đốt trong

FG

Fix Gear – Hộp số một cấp

GHG


Green House Gas – Khí nhà kính

HEV

Hybrid Electric Vehicle – Xe lai

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor – Transisto có cực điều khiển cách
ly

IM

Induction Motor – Động cơ điện cảm ứng

NEDC

New European Driving Cycle

SOC

State of Charge – Trạng thái sạc

PM

Permanent Magnet – Nam châm vĩnh cửu

PMW


Pulse Width Modulation – Sự điều rộng xung

PHEV

Plug-in Hybrid Electric Vehicle – Xe lai sạc điện

VVVF

Variable-voltage Variable-frequency – Điện áp và tần số
biến thiên

VRLA

Valve-Regulated Lead-Acid – Pin axít chì có van điều chỉnh

WTW

Well-to-wheel – Từ mỏ dầu đến bánh xe
12


WLTP

Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures

ZEV

Zero Emission Vehicle – Xe khơng khí xả

B


Mật độ từ thơng (T)

I

Độ lớn cường độ dòng điện (A)

L

Chiều dài trục của cuộn dây phần ứng của rotor (m)

F

Lực được tạo ra (N)

T

Momen được tạo ra (Nm)

D

Đường kính khung dây hay đường kinh rotor (m)

𝜃

Góc giữa mặt phẳng cuộn dây và từ trường (độ)

Vs

Điện áp nguồn một chiều (V)


E

Lực phản điện động (V)

Va

Điện áp phần ứng (V)

Ia

Cường độ dòng điện phần ứng (A)

Ra

Điện trở phần ứng (Ohm)

S

Độ trượt

𝜔r

Vận tốc góc rotor (rad/s)

𝜔s

Vận tốc góc stator (rad/s)

𝜔sl


Vận tốc góc trượt (rad/s)

N

Tốc độ của rotor trong động cơ điện (vòng/phút)

Ns

Tốc độ đồng bộ (vòng/phút)

E2

Sức điện động emf của rotor (V)

R2

Điện trở cuộn rotor (ohm)

X2

Trở kháng rotor (ohm)

13


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Ford Model T and Flocken Elektrowagen (1888) ................................................... 19
Hình 1.2 Hình ảnh chiếc Lunar Rover trong sứ mệnh Apollo 15 .......................................... 20

Hình 1.3 Mẫu xe Tesla Model S P100D ................................................................................ 23
Hình 1.4 Mẫu xe Chevrolet Bolt EV ...................................................................................... 24
Hình 1.5 Mẫu xe Nissan Leaf ................................................................................................. 25
Hình 2.1 Mơ hình cơ bản của hệ thống sử dụng động cơ điện một chiều.............................. 28
Hình 2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều ....................................................................... 29
Hình 2.3 Các cấu trúc động cơ điện một chiều ...................................................................... 30
Hình 2.4 Nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều ................................................... 32
Hình 2.5 Bộ chỉnh lưu DC phần tư thứ nhất ......................................................................... 33
Hình 2.6 Bộ chỉnh lưu DC hai phần tư................................................................................... 34
Hình 2.7 Bộ chỉnh lưu DC bốn phần tư ................................................................................. 35
Hình 2.8 Đặc tính điều khiển của động cơ DC kích từ độc lập.............................................. 38
Hình 2.9 Đặc tính điều khiển của động cơ DC nối tiếp ......................................................... 37
Hình 2.10 Đặc tính hoạt động của động cơ DC kích từ độc lập ............................................ 39
Hình 2.11 Đặc tính phanh tái sinh ở động cơ DC kích từ độc lập ......................................... 40
Hình 2.12 Đặc tính phanh tái sinh ở động cơ DC nối tiếp ..................................................... 40
Hình 2.13 Mơ hình cơ bản của hệ thống dẫn động bằng động cơ điện cảm ứng ................... 41
Hình 2.14 Mơ hình một động cơ điện cảm ứng ..................................................................... 42
Hình 2.15 Mơ hình nhiều động cơ điện cảm ứng ................................................................... 42
Hình 2.16 Cấu tạo của động cơ điện cảm ứng ....................................................................... 43
Hình 2.17 Mặt cắt ngang động cơ IM .................................................................................... 44
14


Hình 2.18 Bộ biến tần cấp điện áp 3 pha ............................................................................... 45
Hình 2.19 Nguyên lý của phương pháp điều chế sin một pha ............................................... 46
Hình 2.20 Nguyên lý của phương pháp điều rộng sin ba pha và dạng sóng điều áp ngõ ra .....
................................................................................................................................................ 47
Hình 2.21 Đặc tính mơ men-tốc độ của động cơ điện cảm ứng ............................................. 50
Hình 2.22 Khả năng vận hành của động cơ điện cảm ứng khi điều khiển bằng phương pháp
VVVF ..................................................................................................................................... 51

Hình 2.23 Mơ hình một động cơ điện .................................................................................... 52
Hình 2.24 Mơ hình động cơ kép ............................................................................................. 52
Hình 2.25 Mơ hình động cơ đặt trong bánh xe ...................................................................... 53
Hình 2.26 Sơ đồ đơn giản về cấu tạo pin xe điện .................................................................. 56
Hình 2.27 Sơ đồ cấu trúc pin axit-chì .................................................................................... 57
Hình 2.28 Giai đoạn sạc của pin axit-chì ............................................................................... 58
Hình 2.29 Pin thủy tinh hấp thụ và pin cơng nghệ gel ........................................................... 59
Hình 2.30 Pin niken hidrua kim loại NiMH ........................................................................... 61
Hình 2.31 Pin Li-ion ............................................................................................................... 62
Hình 2.32 Xả và sạc pin Li-ion .............................................................................................. 63
Hình 2.33 Sơ đồ cấu trúc pin Lithium-polymer ..................................................................... 65
Hình 2.34 Sự thay đổi dung lượng pin VRLA theo nhiệt độ ................................................. 67
Hình 2.35 Độ sâu xả của pin (% DOD) ở nhiệt độ phịng ..................................................... 68
Hình 2.36 Việc sạc nhiều lần một chuỗi pin VRLA .............................................................. 69
Hình 2.37 Hiệu quả sạc thay đổi theo nhiệt độ ..................................................................... 71
Hình 2.38 Đồ thị sạc với điện áp không đổi ........................................................................... 76
Hình 2.39 Đồ thị sạc với cơng suất cực đại – điện áp cực đại-dòng cực đại ......................... 77
15


Hình 2.40 Biến đổi của dịng sạc và dung lượng pin NiHM trong quá trình sạc ................... 79
Hình 2.41 Sự biến thiên của dung lượng pin theo nhiệt độ khi xả ......................................... 82
Hình 2.42 Đồ thị cơng suất riêng của pin tại các giá trị điện áp ngắt khác nhau ................... 82
Hình 2.43 Sơ đồ điện áp xả cả một cell pin NiHM ................................................................ 83
Hình 2.44 Đồ thị mối quan hệ giữa năng lượng riêng và công suất riêng của pin Li-ion ..... 86
Hình 3.1 Năng lượng được sử dụng ở động cơ đốt trong và động cơ điện ............................ 89
Hình 3.2 Quá trình chuyển đổi năng lượng ............................................................................ 90
Hình 3.3 Lượng khí thải hiệu ứng nhà kính WTW và nhu cầu năng lượng WTW năm 2010
của các loại phương tiện ......................................................................................................... 91
Hình 3.4 So sánh hiệu quả năng lượng của EV và ICEV ...................................................... 92

Hình 3.5 Tiết kiệm năng lượng bằng phanh tái sinh .............................................................. 92
Hình 3.6 Mơ hình hiệu suất xe điện và xe truyền thống ........................................................ 93
Hình 3.7 So sánh về tiêu thụ năng lượng của các loại động cơ ............................................. 94

16


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 So sánh mơ hình động cơ đơn và động cơ kép ....................................................... 54
Bảng 2.2 So sánh hộp số cố định và hộp số vô cấp................................................................ 55
Bảng 2.3 Thông số pin VRLA ............................................................................................... 66
Bảng 3.1 Dữ liệu tiêu thụ của xe điện hiện hành(NEDC) ..................................................... 93

17


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, trên sự phát triển ngày càng nhanh của các loại phương tiện di chuyển, ô tô trở
thành một phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống. Trên thế giới hiện nay có khoảng một
tỷ chiếc ơ tơ lưu thông trên đường và hầu hết đều chạy bằng nhiên liệu hóa thạch. Động cơ đốt
trong chính là cỗ máy hùng mạnh nhất trong lịch sử thế giới.
Tuy ô tô sử dụng động cơ được sử dụng rộng rãi nhất nhưng nó cũng mang đến mối nguy
hại khơng hề nhỏ cho môi trường và sức khỏe con người. Vấn đề khí thải của ơ tơ sử dụng
động cơ đốt trong ngày càng nghiêm trọng. Sự ô nhiễm do các độc tố của ô tô thải ra đã trờ
thành nguồn ô nhiễm chính đối với môi trường sống hiện nay, đặc biệt là tại các thành phố lớn
thì sự ơ nhiễm xảy ra càng nghiêm trọng hơn. Tổ chức Y tế thế giới kết luận khí thải carbon là
nguy cơ môi trường lớn nhất đe dọa sức khỏe của con người. Ơ nhiễm khơng khí ngồi trời
khiến 3,7 triệu người chết mỗi năm. Một nghiên cứu khác cho thấy khí thải từ xe hơi khiến

53.000 người Mỹ thiệt mạng mỗi năm, lớn hơn cả con số 34.000 người chết vì tai nạn giao
thơng.[5]
Và vì thế, ơ tơ điện ngày càng được quan tâm và phát triển vượt bậc trong những năm
qua nhờ những lợi ích nó mang lại. Một loại động cơ có thể thay thế để hạn chế các tác hại xấu
của động cơ đốt trong đó chính là động cơ điện. Vậy để bảo vệ môi trường sống xung quanh
và sức khỏe con người, ô tô điện cần được khuyến khích sử dụng nhiều hơn.
Vậy ơ tơ điện là gì và hoạt động ra sao, điều gì mang lại lợi thế cho ô tô điện so với ô tơ
sử dụng động cơ đốt trong. Đó là lí do nhóm chúng em chọn đề tài này để trả lời các câu hỏi
trên.
1.2 Giới thiệu về ơ tơ điện
Ơ tơ điện là phương tiện sử dụng động cơ điện để làm động cơ đẩy cho xe. Nguyên lý cơ
bản của ô tô điện là chuyển hóa điện năng thành cơ năng cung cấp năng lượng giúp xe di
chuyển. Ơ tơ điện được cung cấp năng lượng từ các hệ thống nguồn điện từ bên ngồi hoặc
các nguồn tích trữ năng lượng như pin, năng lượng mặt trời, pin nhiên liệu...

18


1.2.1 Lịch sử về ô tô điện
Vào năm 1884, hơn 20 năm trước sự ra đời của mẫu xe Ford Model T, Thomas Parker
đã chế tạo thành công mẫu xe ô tô điện được vào sản xuất đầu tiên, sử dụng loại pin sạc đặc
biệt do chính ơng tạo ra. Mẫu Flocken Elektrowagen được thiết kế năm 1888 bởi một nhà phát
minh người Đức Andreas Flocken. Xe ô tô điện là một trong những phương pháp được ưa
chuộng cho ngành ô tô vào những cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, cung cấp một mức độ thoải
mái và dễ dàng vận hành mà xe sử dụng nhiên liệu thời đó khơng thể đạt được.

Hình 1.1 Ford Model T and Flocken Elektrowagen (1888)
Vào năm 1897, những chiếc xe điện đầu tiên được sử dụng tại Hoa Kỳ. Dựa trên thiết
kế của Electrobat II, một hạm đội mười hai xe taxi và một brougham (một phương tiện bốn
bánh giống cũi xe ngựa) được sử dụng ở thành phố New York như một phần của dự án được

tài trợ một phần bởi Công ty lưu trữ điện Philadelphia (Philadelphia Electric Storage
Company). Trong thế kỷ 20, các nhà sản xuất ô tô điện lớn tại Hoa Kỳ là Anthony Electric,
Baker, Columbia, Anderson, Edison, Riker, Milburn, Bailey Electric và những công ty khác.
Không giống như xe ơ tơ sử dụng xăng thời đó, xe điện nhanh hơn và ít ồn hơn và khơng yêu
cầu chuyển số để thay đổi tỉ số truyền.
Sự tiên tiến của động cơ đốt trong vào thập niên đầu tiên thế kỷ thứ 20 đã làm giảm đi
các ưu điểm của xe điện. Xe sử dụng động cơ đốt trong có thể nạp nhiên liệu nhanh hơn, làm
chúng trở nên phổ biến và thúc đẩy nhanh chóng sự phát triển cơ sở hạ tầng phục vụ xe sử
dụng động cơ chạy bằng nhiên liệu. Bên cạnh đó, nhờ sự ra đời của động cơ đốt trong khỏi
động bằng mô tơ điện được phát minh bởi Charles Kettering vào năm 1912 đã giúp loại động

19


cơ này dễ dàng khởi động thay vì phải quay trục khuỷu bằng tay như trước và điều đó khiến
nó càng được nhiều người sử dụng hơn.
Vào ngày 31 tháng 7 năm 1971, một chiếc xe điện đã nhận được vinh dự độc đáo khi
trở thành chiếc xe đầu tiên có người lái trên Mặt Trăng; chiếc xe đó là chiếc Lunar rover, lần
đầu tiên được triển khai trong nhiệm vụ Apollo 15. "Xe mặt trăng" được phát triển bởi công ty
con của Boeing và GM Delco Electronics (đồng sáng lập bởi Kettering) có động cơ điện một
chiều trong mỗi bánh xe, và một cặp pin lithium-hydroxit kali-kẽm 36V có thể sạc được.

Hình 1.2 Hình ảnh chiếc Lunar Rover trong sứ mệnh Apollo 15
Đầu những năm 1990, Ủy ban Tài ngun Khơng khí California (CARB), chính phủ
của "cơ quan khơng khí sạch" của California, đã bắt đầu thúc đẩy các phương tiện tiết kiệm
nhiên liệu, khí thải thấp hơn, với mục tiêu cuối cùng là chuyển sang các phương tiện khơng
khí thải chẳng hạn như xe điện. Đáp lại, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển các mẫu điện, bao
gồm cả xe tải Chrysler TEVan, xe bán tải Ford Ranger EV, GM EV1 và xe bán tải S10 EV,
hatchback Honda EV Plus, Nissan Altra EV miniwagon và Toyota RAV4 EV.
Trong suốt những năm 1990, sự quan tâm đến xe ô tô tiết kiệm nhiên liệu hoặc thân

thiện với môi trường giảm ở người tiêu dùng ở Hoa Kỳ, những người ưa thích xe thể thao tiện
dụng, giá cả phải chăng để hoạt động mặc dù hiệu suất nhiên liệu kém nhờ giá xăng giảm. Các
nhà sản xuất ô tơ tại Mỹ đã chọn cách tập trung các dịng sản phẩm của họ quanh các loại xe
tải, có tỷ suất lợi nhuận lớn hơn các loại xe nhỏ hơn được ưa chuộng ở những nơi như Châu
Âu hoặc Nhật Bản.
Nhà sản xuất xe hơi điện ở California, Tesla Motors đã bắt đầu phát triển vào năm 2004
trên chiếc Tesla Roadster, chiếc đầu tiên được giao cho khách hàng vào năm 2008. Roadster
20


là mẫu xe hoàn toàn bằng điện sản xuất hàng loạt đầu tiên được hợp pháp chạy trên cao tốc
đầu tiên sử dụng các tế bào pin lithium-ion, và việc sản xuất đầu tiên chiếc xe hoàn toàn bằng
điện di chuyển hơn 320 km (200 dặm) sau mỗi lần sạc. Mẫu xe Tesla tiếp theo, Model S, được
công bố tại Hoa Kỳ vào ngày 22 tháng 6 năm 2012 và đợt giao hàng đầu tiên của Model S đến
một khách hàng bán lẻ ở châu Âu đã diễn ra vào ngày 7 tháng 8 năm 2013. Việc giao hàng tại
Trung Quốc bắt đầu vào ngày 22 tháng 4 năm 2014. Dòng xe tiếp theo là Tesla Model X. Vào
tháng 11 năm 2014, Tesla trì hỗn một lần nữa việc bắt đầu giao hàng cho khách hàng bán lẻ
và công bố công ty dự kiến giao hàng Model X sẽ bắt đầu vào quý 3 năm 2015.
Và từ đầu những năm 2010 trở lại đây, hàng loạt các hãng xe lớn trên thế giới bắt đầu
cuộc đua sản xuất xe điện nhằm đáp ứng như cầu của người tiêu dùng, hướng đến việc sử dụng
các loại xe thân thiện với môi trường và tiết kiệm nhiên liệu và chi phí.
1.2.2 Xu hướng phát triển ô tô điện trong tương lai
Với số lượng đăng ký xe điện mới cao kỷ lục trong năm 2016 (hơn 750 nghìn doanh số
trên tồn thế giới), sự chuyển đổi sang công nghệ vận tải đường bộ bằng điện bắt đầu chỉ cách
đây một thập kỷ là một động lực và hứa hẹn cho một tương lai có lượng khí thải thấp, được
duy trì trong những thập kỷ tới. Khi cổ phiếu ơ tơ điện tồn cầu vượt qua 2 triệu đơn vị, một
số quốc gia đang tiến lên như các nhà lãnh đạo toàn cầu. Na Uy có thị phần xe điện cao nhất
tồn cầu (29%) trong năm 2016. Trung Quốc có tốc độ tăng trưởng cực kỳ nhanh chóng, từ
100 nghìn chiếc lưu thơng trong năm 2014 lên 650 nghìn chiếc trong hai năm sau đó. Việc
cung cấp cơ sở hạ tầng sạc cá nhân và công cộng đã đi kèm với sự phát triển của cổ phiếu xe

điện.
Trong năm 2016, số điểm sạc công cộng đạt 320.000 đơn vị trên toàn cầu, tăng 72% kể
từ năm 2015. Những thành công này được thúc đẩy bởi nhiều lợi ích mà xe điện có thể mang
lại cho chính phủ và cơng dân: an ninh năng lượng (nhờ tính chất tiết kiệm năng lượng của
tính di động điện và giảm sự phụ thuộc vào dầu), chất lượng khơng khí đơ thị, giảm tiếng ồn
và giảm khí nhà kính. Chính phủ và chính quyền địa phương đang thực hiện các chính sách
nhằm gặt hái những lợi ích của xe điện. Các cơng cụ hiện đang có sẵn cho các nhà hoạch định
chính sách bao gồm, trong số những người khác, trợ cấp mua hàng, các biện pháp hỗ trợ triển
khai thiết bị cung cấp xe điện, tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu, nhiệm vụ xe khơng khí thải và
hạn chế truy cập.
21


Việc nghiên cứu phát triển và sản xuất hàng loạt cũng cung cấp sự giảm chi phí nhanh
chóng và tăng mật độ năng lượng. Các dấu hiệu của những cải tiến liên tục trong công nghệ
hiện đang được nghiên cứu xác nhận rằng những xu hướng này sẽ tiếp tục và họ sẽ tiếp tục cải
thiện hiệu suất và thu hẹp khoảng cách cạnh tranh về chi phí giữa xe điện và xe sử dụng động
cơ đốt trong.
Trong vòng 10 đến 20 năm tới, thị trường xe điện sẽ có khả năng chuyển từ triển khai
sớm sang tiếp nhận thị trường đại chúng. Đánh giá mục tiêu quốc gia, thông báo và viễn cảnh
của nhà sản xuất thiết bị gốc về triển khai xe điện dường như xác nhận những tín hiệu tích cực
này; chỉ ra rằng cổ phiếu xe điện có thể dao động từ 9 triệu đến 20 triệu vào năm 2020 và từ
40 triệu đến 70 triệu vào năm 2025. Khi số lượng xe điện tăng, việc sạc có thể có tác động lớn
đến khả năng đáp ứng của lưới điện tại các thời điểm và địa điểm nhất định, với hậu quả về
khả năng đáp ứng và chất lượng của nguồn điện, rủi ro tăng chi phí cho người tiêu dùng và khả
năng phản hồi tiêu cực về triển vọng điện hóa vận tải.
Việc triển khai các biện pháp hỗ trợ phát triển xe điện cần được hình thành theo cách
quản lý các rủi ro này trong khi tận dụng các giải pháp có sẵn để giảm nhẹ các tác động này.
Sự đóng góp tiềm năng của xe điện đối với việc giảm khí thải tồn cầu, trong số nhiều lợi ích
khác, là đáng kể. Xe điện rất phù hợp để thúc đẩy sự phối hợp với các loại năng lượng tái tạo

khác. Việc sạc pin quy mô lớn và đáp ứng nhu cầu xe điện sẽ yêu cầu tối ưu hóa thời gian và
thời gian sạc pin, nguồn điện được cung cấp bởi các cửa hàng sạc (xác định tốc độ sạc) và có
thể liên quan đến sự phụ thuộc vào giải pháp từ xe đến lưới. Đối với bộ sạc nhanh, việc quản
lý nhu cầu điện cũng có thể yêu cầu triển khai và sử dụng năng lượng dự trữ cố định ở cấp cục
bộ hoặc lưới. Di chuyển ngoài những phát triển thị trường sớm cho xe điện sẽ yêu cầu điều
chỉnh chính sách. Khi chi phí pin giảm, xe điện sẽ ngày càng trở nên cạnh tranh về chi phí. Sự
cần thiết cho các ưu đãi mua xe sẽ giảm bớt, và trợ cấp cho xe điện sẽ không bền vững về mặt
kinh tế với khối lượng bán hàng lớn.
Khi số lượng xe bán tăng, doanh thu thu được từ thuế nhiên liệu thông thường cũng sẽ
giảm. Sự suy giảm sẽ lớn nhất ở các nước có thuế nhiên liệu cao nhất, chẳng hạn như Liên
minh châu Âu và Nhật Bản. Chắc chắn rằng cơ sở hạ tầng được tài trợ bởi các khoản thu này
(ví dụ: cơ sở hạ tầng giao thông công cộng, mạng lưới đường bộ và cơ sở hạ tầng nhiên liệu
thay thế và carbon thấp) tiếp tục được phát triển sẽ yêu cầu chuyển đổi theo cách để đảm báo
nguồn thu này vẫn được đảm bảo. Áp dụng thuế dựa trên khoảng cách đi xe thay vì tiêu thụ
22


nhiên liệu có thể là giải pháp thay thế phù hợp nhất. Sự tăng doanh thu xe điện cũng sẽ kích
thích nhu cầu đối với các mặt hàng cần thiết cho sản xuất pin, chẳng hạn như lithium, coban
và các vật liệu khác theo yêu cầu của các công nghệ pin trong tương lai. Điều này sẽ đòi hỏi
sự hiểu biết về phân phối và khả năng tiếp cận của các nguồn tài nguyên này, và như trong
trường hợp các mặt hàng chiến lược khác, có thể có rủi ro. Giám sát giá và tính sẵn có của các
nguồn lực này, nhưng cũng giảm thiểu tác động môi trường của việc khai thác và xử lý, sẽ cần
thiết để đưa thị trường xe điện vào quỹ đạo kinh tế và môi trường bền vững.
Tái sử dụng pin và tái chế vật liệu sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh này.
Chính sách sẽ cần phải chỉ đạo việc sử dụng pin trong các ứng dụng thứ cấp (chẳng hạn như
lưu trữ năng lượng cố định) và xử lý rác thải của chúng. Các chính sách cũng sẽ cần thiết để
giải quyết các vấn đề liên quan đến yêu cầu về quyền sở hữu, vận chuyển và tái chế pin.[6]
1.2.3 Các mẫu xe điện hiện nay
1.2.3.1 Tesla Model S P100D


Hình 1.3 Mẫu xe Tesla Model S P100D
Tesla Model S là mẫu xe 5 cửa hạng sang cỡ lớn hoàn toàn bằng điện, được sản xuất
bởi Tesla, Inc., và được giới thiệu vào ngày 22 tháng 6 năm 2012. Cấu trúc thân xe của nó chủ
yếu là nhơm, với thép chỉ được sử dụng để tăng thêm sức mạnh ở các khu vực trọng điểm.
Tesla cho biết độ cứng tổng hợp đã cho chiếc xe một sự cơ động tốt mặc dù kích thước và
trọng lượng của nó rất lớn (hơn hai tấn), ngay cả trên bánh xe 21-inch. Trái tim của nó được
23


trang bị động cơ điện kép cung cấp khoảng 603 mã lực (đầu ra của hệ thống totol) và mô-men
xoắn là 713lb ft ở 0 vòng / phút. Sức mạnh được chuyển trực tiếp đến các bánh xe bằng hộp
số một tốc độ. Model S đạt tiêu chuẩn với hai động cơ dẫn động toàn thời gian, P100D Model
S kết hợp động cơ phía sau hiệu suất cao với động cơ phía trước hiệu suất cao để đạt được gia
tốc Ludicrous, từ 0 đến 100 km/h trong 2,7 giây. Nó có thể chạy 613 km với một pin sạc đầy
(613 km phạm vi (NEDC)).
1.2.3.2Chevrolet Bolt EV

Hình 1.4 Mẫu xe Chevrolet Bolt EV
Chevrolet Bolt hoặc Chevrolet Bolt EV là mẫu xe hatchback 5 cửa phía, động cơ điện
dẫn động cầu trước được bán trên thị trường bởi Chevrolet; được phát triển và sản xuất với sự
hợp tác của Tập đoàn LG.
Bolt có phạm vi di chuyển theo EPA (Environmental Protection Agency) hoàn toàn
bằng điện khoảng 238 dặm (383 km), và chỉ số EPA tiết kiệm nhiên liệu của 119 dặm một
gallon xăng tương đương (mpg-e) (2,0 L / 100 km) cho đường thành phố kết hợp / đường cao
tốc. Tiêu chuẩn châu Âu Ampera-e, có phạm vi được chứng nhận là 320 dặm (520 km) theo
chu kỳ lái xe Châu Âu mới (NEDC) và 240 dặm (380 km) theo Quy trình Kiểm tra Phương
tiện Kiểm tra Ánh sáng trên Toàn thế giới nghiêm ngặt hơn (WLTP).Động cơ của nó là động
cơ 200 mã lực (150 kW) và động cơ điện nam châm vĩnh cửu 266 lb.ft (361 Nm), tăng tốc từ
0-30 mph (0–48 km / h) trong 2,9 giây và 0-60 mph (0– 97 km / h) trong vòng chưa đầy 7 giây

và tốc độ tối đa 91 dặm một giờ (146 km / h). Động cơ điện được tích hợp với một hộp số một
24


tốc độ và một bộ vi sai, để tạo thành một cụm dẫn động cầu trước. Tỉ số truyền cuối cùng của
hộp số một tốc độ là 7,05:1.
Pin của Bolt sử dụng pin hóa học "lithium-ion giàu niken", cho phép các tế bào hoạt
động ở nhiệt độ cao hơn so với các xe điện trước đây của GM, cho phép một hệ thống làm mát
chất lỏng đơn giản và rẻ hơn cho pin 60 kWh (220 MJ). Pin là một trong những bộ phận nặng
nhất của xe 960 lb (440 kg).
1.2.3.3Nissan Leaf

Hình 1.5 Mẫu xe Nissan Leaf
• Loại nhiên liệu: Điện
• Mơ-men xoắn tối đa: 320 Nm tại 3,283 vịng/phút
• Hệ dẫn động: 2WD
• Cơng suất động cơ tối đa: 150 PS trong khoảng 3,283 - 9,795 vịng/phút
• Tăng tốc: 0 – 62 mph trong 7.9 giây
• Tốc độ tối đa: 89,5 mph
• Hộp số: Tự động
• Loại động cơ điện: động cơ điện xoay chiều đồng bộ
• Tốc độ động cơ tối đa 9.795 vòng/phút
25